什么是匀加速直线运动?
匀加速直线运动指的是物体沿直线运动、且加速度保持恒定的情形。这类运动可以用五个物理量完整描述——初速度(\(u\))、末速度(\(v\))、加速度(\(a\))、时间(\(t\))和位移(\(s\)),它们之间由经典的 SUVAT 运动学公式联系起来(SUVAT 取自这五个量的英文首字母,也就是国内常说的匀变速直线运动公式)。本计算器只需输入 \(u\)、\(a\)、\(t\) 三个量,即可求出末速度、位移以及 \(v^2\) 的数值。
使用方法
填入以「米/秒」为单位的初速度、以「米/秒²」为单位的恒定加速度,以及以「秒」为单位的运动时间。计算器会即时输出末速度(\(v\))、位移(\(s\))和 \(v^2\)(在需要进一步推导其他运动学量时很有用)。若要模拟减速过程,把加速度填成负值即可;如果分析地球表面附近的自由落体,可取 \(a = 9.81\)。
公式详解
这里用到三个公式:$$v = u + a t$$(速度随时间线性增长);$$s = u t + \tfrac{1}{2} a t^2$$(位移由匀速部分 \(u t\) 与加速部分 \(\tfrac{1}{2} a t^2\) 叠加而成);以及 $$v^2 = u^2 + 2 a s$$(一个不含时间、直接联系速度与位移的关系式)。请注意,这些公式只在加速度恒定时才成立。
例题演示
一辆汽车以 \(u = 10 \text{ m/s}\) 的初速度起步,并以 \(a = 2 \text{ m/s}^2\) 的加速度行驶 \(t = 5 \text{ s}\)。末速度 $$v = 10 + 2 \times 5 = 20 \text{ m/s}$$ 位移 $$s = 10 \times 5 + \tfrac{1}{2} \times 2 \times 5^2 = 50 + 25 = 75 \text{ m}$$ 而 $$v^2 = 10^2 + 2 \times 2 \times 75 = 100 + 300 = 400 \text{ m}^2/\text{s}^2$$ 正好等于 \(20^2\),验证了结果无误。
常见问题
可以用别的单位吗? 公式本身与单位无关,关键是保持一致。如果你用英尺和秒,那么算出的结果就是英尺和英尺/秒。
加速度为零会怎样? 公式照样成立:此时 \(v = u\),\(s = u t\),对应的就是简单的匀速直线运动。
怎样表示减速? 把加速度填成负值即可,例如 \(-3 \text{ m/s}^2\),物体就会逐渐减速。